CN108007241A - 一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，包括筒体、管板、拉杆、折流栅和凹面换热管，采用折流栅取代现有技术中的折流板：折流栅中的折流杆交错穿插于凹面换热管之间，每四个折流栅为一个折流栅组，折流栅组内折流杆的走向依次错开90度，即折流杆从上左下右四个方向依次夹持凹面换热管，使壳程流体沿轴向流动，减少了流体横向流动时的诱导振动，使管内外流体呈纯逆流流动，提高传热温差，此外，当管外流体流经管外表面半球形凹陷时，可形成多个小漩涡，强化了管外对流换热，换热管内表面形成与管外表相对应的半球形凸起，对管内近壁流体产生周期性的扰动，提高了低流速时的对流换热系数。本发明适用于低流速流体换热中。

Description

一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器
技术领域
本发明属于传热设备领域，具体涉及一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器。
背景技术
传统的管壳式换热器结构主要由壳体、换热管、管束支撑物、两端管板、两端封头、壳程及管程进出口接管共同连接构成，换热管为表面光滑的圆管，管间的支撑物通常为折流板，壳程流体呈“S”形流动，由于流体横过管束流动(错流)，且换热管与折流板管孔之间有间隙，因此由漩涡脱离、湍流颤振、流体脉动等引起换热管和折流板的流体诱导振动，常导致换热管被折流板磨损甚至磨穿或换热管和折流板发生振动疲劳而破坏。传统管壳式换热器中由于折流挡板的存在，使得壳程流体的流动过程中形成许多“死区”，“死区”内的流体几乎处于停滞状态，导致其传热面积没有得到充分利用，从而导致壳程传热系数低、易结垢、流体阻力大，此外，现有技术中的换热管为表面光滑的圆管，管内外流体对流传热系数低。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明设计了一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，换热器的壳程结构中采用折流栅取代现有技术中的折流板，所述折流栅组内各折流栅中折流杆的走向依次错开90度，且折流栅组内四个折流栅分别从上左下右四个方向夹持凹面换热管，有效减少了因流体反复横向流过管束时产生的诱导振动；此外，所述凹面换热管的外表面圆周上半球形凹陷的设计，当管外流体流过半球形凹陷时，可形成多个小漩涡，强化了管外对流换热，在管内表面形成与管外表凹面相对应的半球形凸起，管内表面的半球形凸起对管内近壁流体产生周期性的扰动，破坏流体的流动边界层和传热边界层，在雷诺数较小的情况下，也可以形成湍流，提高了低流速时的对流换热系数。同时在相同的流通截面积下，传热面积增大，并提高了传热速率。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，包括筒体、管板、拉杆，所述管板与筒体的两端固定连接，所述管壳式换热器还包括设在筒体内的凹面换热管和折流栅，所述凹面换热管为外表面沿圆周分布有多个半球形凹陷的换热管，所述凹面换热管的内表面具有与外表面相对应的半球形凸起，凹面换热管的轴线平行且两端固定于管板之间，所述折流栅包括折流圈和折流杆，所述折流圈为垂直于凹面换热管的圆环且其外径与筒体内径相适配，所述折流杆均匀排布在折流圈上并交错穿插于凹面换热管之间，所述折流栅的外圆周上均布固定有多根平行于筒体轴向的拉杆，所述拉杆的两端固定在管板内，每四个折流栅为一个折流栅组，所述折流栅组内各折流栅中折流杆的走向依次错开90度，且折流栅组内四个折流栅分别从上左下右四个方向依次夹持凹面换热管，所述凹面换热管穿过折流杆之间的空隙。
作为上述技术方案的进一步改进，所述管内表面半球形凸起的直径为凹面换热管外径的0.2～0.4倍。
作为上述技术方案的进一步改进，所述折流栅之间的间距为50mm-250mm。
作为上述技术方案的进一步改进，所述凹面换热管由金属材料圆管通过挤压成形。
作为上述技术方案的进一步改进，所述半球形凸起等间距分布。
作为上述技术方案的进一步改进，所述折流圈为棒状材料构件或板状材料构件。
作为上述技术方案的进一步改进，所述折流杆的外径小于相邻凹面换热管之间的间隙。
本发明的有益效果是：本发明设计了一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，换热器的壳程结构中采用折流栅取代现有技术中的折流板，每四个折流栅为一个折流栅组，所述折流栅组内各折流栅中折流杆的走向依次错开90度，且折流栅组内四个折流栅分别从上左下右四个方向依次夹持凹面换热管，使得壳程流体沿换热管轴线方向流动(平行流)，此时壳程流体的流动对换热管几乎没有冲击，也大大减少了因流体反复横向流过管束时产生的诱导振动，同时换热管束中基本不存在“死区”，壳程流动阻力变小，折流杆对流体产生扰动，湍流程度增大，从而强化了传热，增大了传热效率；此外，所述凹面换热管的外表面圆周上半球形凹陷的设计，当管外流体流过半球形凹陷时，可形成多个小漩涡，强化了管外对流换热，在管内表面形成与管外表凹面相对应的半球形凸起，管内表面的半球形凸起对管内近壁流体产生周期性的扰动，破坏流体的流动边界层和传热边界层，在雷诺数较小的情况下，也可以形成湍流，提高了低流速时的对流换热系数。同时在相同的流通截面积下，传热面积增大，提高了传热速率。本发明适用于低流速流体换热，可应用于各种工业换热设备中，具有广泛的市场应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的折流栅组的结构示意图；
图3是本发明中折流栅的结构示意图；
图4是本发明中凹面换热管的结构示意图；
图5是本发明中凹面换热管的剖面图；
附图标记：
1、筒体；2、管板；3、凹面换热管；4、折流栅；5、拉杆；301、半球形凹陷；401、折流圈；402、折流杆。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1-5，一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，包括筒体1、管板2、拉杆5，所述管板2与筒体1的两端固定连接，所述管壳式换热器还包括设在筒体1内的凹面换热管3和折流栅4，所述凹面换热管3为外表面沿圆周分布有多个半球形凹陷301的换热管，当管外流体流过半球形凹陷301时，可形成多个小漩涡，强化了管外对流换热，所述凹面换热管3的内表面具有与外表面相对应的半球形凸起，管内表面的半球形凸起对管内近壁流体产生周期性的扰动，破坏流体的流动边界层和传热边界层，在雷诺数较小的情况下，也可以形成湍流，提高了低流速时的对流换热系数，在相同的流通截面积下，传热面积增大，并提高了传热速率；凹面换热管3的轴线平行且两端固定于管板2之间，所述折流栅4包括折流圈401和折流杆402，所述折流圈401为垂直于凹面换热管3的圆环且其外径与筒体1内径相适配，所述折流杆402均匀排布在折流圈401上并交错穿插于凹面换热管3之间，折流栅组为换热管起支撑作用，所述折流栅4的外圆周上均布固定有多根平行于筒体1轴向的拉杆5，所述拉杆5的两端固定在管板2内，每四个折流栅4为一个折流栅组，所述折流栅组内各折流栅4中折流杆402的走向依次错开90度，且折流栅组内四个折流栅4分别从上左下右四个方向依次夹持凹面换热管3，使得壳程流体沿凹面换热管3轴线方向流动(平行流)，对凹面换热管3几乎没有冲击，大大减少了因流体反复横向流过管束时产生的诱导振动，同时，折流栅4支撑的换热管束中基本不存在“死区”，壳程流动阻力变小，折流杆402对流体产生扰动，湍流程度增大，从而强化了传热，同时，壳程流体呈轴向流动，可与管内流体实现纯逆流流动，增大了传热温差，提高了传热效率，所述凹面换热管3穿过折流杆402之间的空隙。
进一步作为优选的实施方式，所述半球形凸起的直径为凹面换热管外径的0.2～0.4倍。
进一步作为优选的实施方式，所述折流栅4之间的间距为50mm～250mm。
进一步作为优选的实施方式，所述凹面换热管3由金属材料圆管通过挤压成形，工艺简单，且管材的强度和韧性也得到提高。
进一步作为优选的实施方式，所述凹面换热管3的内表面具有与外表面相对应的半球形凸起增大了流体流动时的传热面积，提高了传热速率。
进一步作为优选的实施方式，所述半球形凸起等间距分布，可使得凹面换热管3内外流体的流动均匀分布。
进一步作为优选的实施方式，所述折流圈401为棒材或板材加工而成，取材简单易得，成本廉价，特别是板材可弯曲、焊接等，可塑性强。
进一步作为优选的实施方式，所述折流杆402的外径小于相邻凹面换热管3之间的间隙。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，包括筒体、管板、拉杆，所述管板与筒体的两端固定连接，其特征在于：所述管壳式换热器还包括设在筒体内的凹面换热管和折流栅，所述凹面换热管为外表面沿圆周分布有多个半球形凹陷的换热管，所述凹面换热管的内表面具有与外表面相对应的半球形凸起，凹面换热管的轴线平行且两端固定于管板之间，所述折流栅包括折流圈和折流杆，所述折流圈为垂直于凹面换热管的圆环且其外径与筒体内径相适配，所述折流杆均匀排布在折流圈上并交错穿插于凹面换热管之间，所述折流栅的外圆周上均布固定有多根平行于筒体轴向的拉杆，所述拉杆的两端固定在管板内，每四个折流栅为一个折流栅组，所述折流栅组内各折流栅中折流杆的走向依次错开90度，且折流栅组内四个折流栅分别从上左下右四个方向依次夹持凹面换热管，所述凹面换热管穿过折流杆之间的空隙。
2.根据权利要求1所述的一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，其特征在于：所述半球形凹陷的直径为凹面换热管外径的0.2～0.4倍。
3.根据权利要求1所述的一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，其特征在于：所述折流栅之间的间距为50mm-250mm。
4.根据权利要求1所述的一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，其特征在于：所述凹面换热管由金属材料圆管通过挤压成形。
5.根据权利要求4所述的一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，其特征在于：所述半球形凹陷等间距分布。
6.根据权利要求1所述的一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，其特征在于：所述折流圈由棒材或板材加工而成。
7.根据权利要求1所述的一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，其特征在于：所述折流杆的外径小于相邻凹面换热管之间的间隙。
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US20030178187A1 (en) * 2002-03-22 2003-09-25 Wanni Amar S. Heat exchanger flow-through tube supports
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